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4(1)外军诊断技术的现状和发展现状


外军故障诊断能力的发展现状
Development of Failure-Diagnosis Capability of Foreign Armed Forces
(中国国防科技信息中心,北京 100036)王绪智



要:简要介绍了外军当前在故障诊断领域广泛采用的先进手段,重点介绍了这

些诊断手段的发展现状、能力和应用。 关键词:故障诊断;便携式维修辅助设备;嵌入式诊断;交互式电子技术手册

Abstract:The advanced means which are used to detect the failures within weapon systems by foreign armed forces are introduced, including their development levels, capabilities and utilizatiuon. Key words:failure-diagnosis;PMA;BIT;ITEM
随着现代科学技术的飞速发展,大量尖端研究成果应用于武器系统,使得这些 武器装备在性能越来越先进的同时,其复杂性也大大增加,给故障检测与诊断提出 了更高的要求。传统的故障检测和诊断方法越来越难以满足要求,因此,外军非常 重视发展先进的故障诊断能力。

1 便携式维修辅助设备的应用不断广泛
便携式维修辅助设备是一种配备给现场维修点使用、可移动的计算机设备,通 常包括一台小型计算机和显示器。便携式维修辅助设备的典型功能包括:技术数据 显示,故障隔离和修理指导,零部件查询和订购,维修文件编制和分析,状态监控 和故障预测,以及工作数据输入和下载。便携式维修辅助设备的应用范围很广,维 修人员经常在维修点使用它对复杂系统进行诊断。此外,借助无线技术可以使外场 维修人员与位于远方的中央数据库和技术专家相联接,便于维修人员根据需要随时 随地获取必要的数据和专家的帮助。美军近年来的实践表明,采用便携式维修辅助 设备能够显著提高维修生产率、降低维修成本。 美国空军自 20 世纪 90 年代中期以来,一直致力于便携式维修辅助设备的研究 工作。在空军 F-16、F-117、B-2、C-17、E-8、F-22 等许多型号中都已应用了便携 式维修辅助设备,在复杂设备的诊断中发挥了重要作用。美国陆军在 20 世纪 80 年 代后期开始研制通用的便携式维修辅助设备,其使用范围已经涵盖所有类型的地面
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战车、直升机、导弹和保障设备,如“艾布拉姆斯”坦克、 “布雷德利”战车、 “阿 帕奇”直升机等主要武器系统都采用了便携式维修辅助设备。海军和海军陆战队已 有多项便携式维修辅助设备的发展项目,但大都是近年才启动的,相互之间基本上 没有联系,信息共享能力有限。便携式维修辅助设备的应用目前仅限于新型武器系 统,如 F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机和先进的两栖突击车。 随着计算机的计算速度、硬盘存储空间、语音识别能力、元器件微型化和无线 通信技术的发展,便携式维修辅助设备的用途日益广泛。由于数字化技术的进步, 借助无线网络将能够提供世界范围内的实时信息共享,因此在装备维修中将大大减 少对机上数据存储空间的要求,从而推动便携式维修辅助设备的小型化、轻便化。 便携式维修辅助设备与人工智能技术相结合,将形成智能便携式维修辅助设备 (PIMA) ,可以辅助维修人员实现远程、智能化、动态、自适应的维修,降低维修作 业的复杂性,提高测试的准确性,缩短故障检测和隔离时间,降低故障隔离的模糊 度。

2 嵌入式诊断设备成为故障检测的重要手段
所谓嵌入式诊断,是在系统运行中或基本不拆卸的情况下,利用系统自身的检 测诊断能力,独立掌握系统当前的运行状态,独立查明产生故障的部位和原因,预 知系统的异常和故障动向,以声、光和显示屏等多种形式进行信息输出,并辅助操 作人员和维修人员采取必要对策。外军的实践证明,嵌入式诊断是提高武器装备测 试性、维修性和提升复杂武器系统快速维修能力的最为简单有效的技术手段。 武器装备的嵌入式诊断装置通常包括以下主要功能:实时在线监测重要部件的 运行状态;记录武器装备重要的运行状态参数;一旦部件状态异常,能够独立、集 中地进行声光等多方式报警;部件发生异常后,独立进行多层次的故障诊断;进行 部件运行状态趋势分析和寿命预测; 与武器装备检测部门进行实时的数据交互(有线 或无线方式)和故障深层分析;对某些故障模式进行自动处理,避免故障的扩大和危 害的增加;与多种维修检测设备进行数据交互;具有自检能力。 美国是最早发展嵌入式诊断设备的国家之一,代表了当前世界最高水平,不但 在理论上取得了重大进展,而且已经开始投入实际应用。美国防部近年来利用微机 电系统技术研制了一种嵌入式传感器故障诊断设备,该设备将传感器、激励器和微 处理器制成单片电路联合体,形成一种闭合回路。目前,这种嵌入式传感器故障诊 断装置已投入实际应用。美国最新研制的一些武器系统,如 155 毫米自行榴弹炮及 其弹药补给车以及轻型攻击直升机等都大量安装了这类传感器。 美陆军开发了一种内置式模拟诊断(AED)系统,这种系统可以预测故障的发生, 帮助维修人员迅速查明故障所在,不需要进行反复检测。使用该系统的最大好处是
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大大节省维修保养时间和开支。AED 系统不仅仅用于地面车辆,还可用于陆军的各 类直升机。 美军 M1A2 主战坦克的自诊断系统不仅能使乘员简单方便地对故障进行查找和 定位,而且在出现轻微故障时,还能自动重组硬件以便充分利用剩余功能。在出现 故障时,乘员和计算机系统都可以启动故障隔离测试软件,分离出现故障的可更换 模块,然后通过更换故障模块进行快速修理。 美国海军航空系统司令部已在海军陆战队的 CH-53E“超级种马”和 MH-53E“海 龙”直升机机群中使用了“机械诊断-状态和使用综合监控系统(IMD-HUMS)” 。 IMD-HUMS 在直升机的飞行过程中实时收集直升机状态信息, 一方面可以用于自诊断, 另一方面可以在飞行结束时将数据传送给地面计算机进行分析,并据此更好地确定 维修计划。 “挑战者”主战坦克是英国陆军的主力装备,英军为该坦克研制了“数字式动 力系统控制装置(DASCU)” ,该装置中有两个自诊断设备,可监视发动机、传动装置 及有关传感器的工作情况。该装置的主要特点是具有复原能力,即使传感器出现故 障,车辆仍能保持机动性能,可以从车外使用 U208 型手持式战场测示仪询问“数字 式动力系统控制装置” ,方便迅速地进行故障诊断。

3 维修专家系统在装备维修中广泛应用
所谓维修专家系统,是指用于装备维修的计算机应用程序。该系统将有关的知 识和规则以适当的形式存入计算机,建立知识库,然后采用合适的控制策略,按输 入的原始数据选项,进行推理、演绎,作出判断和决策,并能根据用户的要求显示 出判断、决策的过程,解决维修专家才能解决的问题。维修专家系统是人工智能在 维修领域里的典型应用,反映出一种智能诊断的思想,受到越来越多的单位与人员 的欢迎。 美军“涡轮发动机故障专家诊断系统”就是一个典型的应用实例,该系统可帮 助修理人员诊断和修理 M1 主战坦克的动力传动装置,它由 3 部分组成:①涡轮发动 机故障诊断程序。该程序的工作原理是根据维修人员输入的多种故障征兆,由计算 机进行分析判断并找出故障,因此适合不同经验水平的人员使用。其主要功能有预 先分析、快速功能检测、根据故障征兆检测故障和保护模式检测等;②故障诊断智 能指导程序,包括基本维修程序及涡轮机工作原理,其主要功能是向维修人员提供 故障诊断模拟训练;③自动检测箱,主要用于检测涡轮发动机及传动装置的工作状 态,可单独使用,也可与故障诊断程序相连接。美军在部队中抽调了 30 名不同经验 水平的维修人员对此诊断系统进行了测评,结果表明,与以往靠查阅技术手册诊断 故障相比,该系统的故障诊断准确率由 26%提高到 50%,效率也提高了 92%。目前,
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美陆军装甲师和机械化师已正式装备这种故障诊断专家系统,一些北约国家对此系 统也表示了浓厚兴趣。

4 交互式电子技术手册的普及程度迅速提高
装备的技术资料是实施装备保障活动的重要依据,能否及时获得相关的技术资 料,直接影响到装备保障活动的质量和进度。近年来,随着信息技术的迅速发展, “持续采办和寿命周期保障(CALS)”策略已经被世界各国军方所接受。CALS 策略的 普及实施,使得装备保障效率大幅度提高。在 CALS 策略中,交互式电子技术手册 (IETM)是效果最显著、应用最广泛的领域。交互式电子技术手册是将技术手册的内 容以数字化的格式储存,并以交互方式进行查阅,通过计算机控制的电子显示系统 (EDS),将维修技术人员或系统操作人员所需的特定信息(如文字、声音、影像、图 片等) ,精确地展现在使用者面前,以加速装备使用和保障活动的实施。 在发展交互式电子技术手册的过程中,美军走在了世界各国军队的前列。1992 年,美国国防部提出开展 IETM 项目的研究与开发。经过十多年的努力,美军制定了 一系列通用标准和专用标准,用以指导 IETM 的开发、应用与实施,并以统一的格式 规范 IETM 的开发质量,使 IETM 能在不同部门之间、不同计算机平台上互操作,进 而实现美三军之间的互操作。2003 年的伊拉克战争中,IETM 在各类信息化装备中得 到充分应用,在“长弓-阿帕奇”(AH-64D)直升机的数字化维修系统中,在“艾布拉 姆斯”主战坦克的数字诊断与预测“工具箱”中,都出现了 IETM 的身影。 韩国军方起先引进美国技术,后来组织专家进行一年多的研究开发,形成了适 合本国需要的 IETM 技术,现已开发出 IETM 制作工具;台军方组织中山科学研究院、 国防管理学院、华夏科技公司等研究机构深入研究 IETM;北约国家在 CALS 战略的 研发方面处于相对落后的局面,但从 1998 年以来,受美国国防部的影响,北约国家 积极采取各项步骤,努力推动实施 CALS 战略,强调以数据格式标准为先导,将 IETM 作为一种重要的 CALS 应用技术加以研究。 其他一些国家近年来也开始加入交互式电 子技术手册的研究行列,预计到 2010 年左右,许多国家的装备保障人员将在保障活 动中大量使用交互式电子技术手册。 参考文献:
[1] 装备维修保障动态 2003 年第 23-24 期 [2] 装备维修保障动态 2004 年第 13-17 期

作者简介:
王绪智(1969-)男,副研究员,长期从事外军维修保障和外军计量研究。

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